從心電電極得到的心電信號先要經(jīng)過前置放大電路，被處理后的信號具有低噪聲、低漂移、低共模抑制比等性能。這時(shí)候的心電信號主要受到工頻、肌電等信號的干擾。心電信號需經(jīng)過兩次陷波和兩次濾波以實(shí)現(xiàn)消噪的目的，兩次陷波分別濾掉50 Hz的工頻信號和100 Hz的倍頻諧波信號，兩個(gè)濾波器分別是0．05 Hz高通濾波器和100 Hz的低通濾波器。這樣可得到較為光滑的波形。

2．6．1 陷波電路

用陷波器，即電感電容串聯(lián)諧振電路。串聯(lián)諧振的特征是：對諧振的頻率信號阻抗為0,對其它頻率信號阻抗為∞；把串聯(lián)諧振電路接在信號通道與地之間，并諧振于干擾信號頻率，這樣，干擾信號就被諧振電路短路入地，對其它頻率信號無影響。

陷波器的電路如圖3所示，該電路是帶雙T網(wǎng)絡(luò)的有源濾波器，其傳遞函數(shù)：

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與以往雙T型陷波器不同的是，該電路引入放大器A2形成正反饋，以減小阻帶寬度，使得阻帶中心頻率附近兩邊的幅值增大。品質(zhì)因數(shù)Q可以通過變阻器Rw來調(diào)節(jié)。R和C的值可由中心頻率f0確定。

當(dāng)f0=50 Hz時(shí)，C和R分別取O．068μF和47 kΩ；f0=100 Hz時(shí)，C和R分別取O．068μF和24 kΩ。

圖4為式（1）傳遞函數(shù)的Filterlab 2．0的仿真結(jié)果。由此可以看出陷波電路設(shè)計(jì)符合要求。

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2．6．2 帶通濾波電路

濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C,或與負(fù)載串聯(lián)電感器L,以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。濾波是信號處理中的一個(gè)重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個(gè)正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或?yàn)V波電路。

帶通濾波器電路如圖5所示，采用的是帶反饋的有源濾波器。該電路前半部分是0．05 Hz的高通濾波器，后半部分為100 Hz的低通濾波器。

高通濾波器的傳遞函數(shù)：

各電阻電容值的選取，除了能夠?yàn)V波以外還具有放大作用。以上全部電路所用的放大器均是TI公司的OPA2137。

圖6是Matlab的濾波仿真結(jié)果，從圖中可以看出，信號在50 Hz處被很好地抑制了，濾波的效果非常理想，完全可以達(dá)到臨床實(shí)用的要求。

濾波器對最終信號的質(zhì)量尤為重要，由于濾波器的性能對元器件的誤差相當(dāng)靈敏，因此在這一級的設(shè)計(jì)中需要選用穩(wěn)定而精密的阻容原件，可串聯(lián)精密電位器以獲得較好的效果。

3 結(jié) 語

電路中各濾波器的性能與濾波器的參數(shù)有直接關(guān)系，需經(jīng)過正確計(jì)算。陷波器雙T型網(wǎng)絡(luò)中的電阻和電容需要精確匹配，以保證雙T網(wǎng)絡(luò)的對稱，否則陷波深度會(huì)受影響。變阻器如何調(diào)節(jié)將會(huì)影響波形的好壞，可在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試得出。

圖7是實(shí)際電路測試的結(jié)果（縱坐標(biāo)為μV），可以看到該電路較好地完成了對心電的降噪。當(dāng)然，在降噪過程中還可以增加屏蔽技術(shù)，以進(jìn)一步減少外部信號的干擾。帶通濾波器還可以設(shè)計(jì)成只帶一個(gè)放大器的濾波器，使電路更為簡單，但是精確率可能會(huì)降低。

要想獲得清晰穩(wěn)定的心電信號，心電放大器中前置放大器與濾波器的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵，特別是50 Hz的帶阻濾波器尤其重要。本文設(shè)計(jì)的以AD620型運(yùn)放構(gòu)成的心電放大器可實(shí)現(xiàn)輸出電壓高增益、低噪聲、高靈敏度，保證心電信號清晰穩(wěn)定，按上述設(shè)計(jì)制作出的監(jiān)護(hù)儀體積小、耗電少、攜帶方便、工作正常。經(jīng)實(shí)測輸出心電波形基本無失真，P波、T波都能得到真實(shí)顯示。特別是該電路抗50 Hz陷波性能好，信號中基本看不到寄生工頻干擾。電路穩(wěn)定性好，即使電極脫落，基線亦無明顯漂移。滿足家居監(jiān)護(hù)以及病理分析的要求。

作為便攜式監(jiān)護(hù)儀器，硬件結(jié)構(gòu)簡單、體積便于攜帶是其自身固有的特點(diǎn)。本文針對這些特點(diǎn)，心電信號采集存儲和數(shù)據(jù)處理從節(jié)省電能和成本方面考慮采用MSP430單片機(jī)。為使濾波函數(shù)得以更好地實(shí)現(xiàn)，可采用具有運(yùn)算速度快和浮點(diǎn)運(yùn)算優(yōu)點(diǎn)的DSP芯片進(jìn)行改進(jìn)，使采集的信號失真更小，保真度更高，對ECG信號的采集準(zhǔn)確率大大提高，但DSP昂貴的價(jià)格會(huì)使成本提高。